【正文】 少試問此時的存取時間是多少 ?齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬74練習(xí)練習(xí)答：若頁表存放在主存中，則要實(shí)現(xiàn)一次頁面訪問答：若頁表存放在主存中，則要實(shí)現(xiàn)一次頁面訪問需兩次訪問主存：一次是訪問頁表，確定所存取頁需兩次訪問主存：一次是訪問頁表，確定所存取頁面的物理地址（稱為定位）。第二次才根據(jù)該地址存取頁面數(shù)據(jù)。 ■■ 頁表在主存的存取訪問時間頁表在主存的存取訪問時間 =*2=3(μs ) ■■ 增加快表后的存取訪問時間增加快表后的存取訪問時間 =*+()*2*=(μs)齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬75練習(xí)練習(xí)n 某存儲器的用戶編程空間共某存儲器的用戶編程空間共 32個頁面，每頁為個頁面，每頁為1KB，內(nèi)存為，內(nèi)存為 16KB。假定某時刻一用戶頁表中已調(diào)入內(nèi)存的頁面對應(yīng)的物理塊號如下表：已調(diào)入內(nèi)存的頁面對應(yīng)的物理塊號如下表：頁號頁號 物理塊號物理塊號0 51 102 43 7則邏輯地址 0A5C（ H）所對應(yīng)的物理地址為 ： 125C齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬76練習(xí)練習(xí)v 0A5C＝＝ 0000,1010,0101,1100v 頁號為頁號為 2，對應(yīng)塊號為，對應(yīng)塊號為 4，有：，有：v 物理地址：物理地址： 0001， 0010,0101,1100v 即：即： 125C齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬77 兩級和多級頁表兩級和多級頁表n 引入：引入：計算機(jī)支持的邏輯地址空間非常大計算機(jī)支持的邏輯地址空間非常大 (232~264)，每個進(jìn)程的每個進(jìn)程的 頁表項也非常龐大，需占據(jù)大量的頁表項也非常龐大，需占據(jù)大量的連續(xù)內(nèi)存空間連續(xù)內(nèi)存空間 ，這顯然不現(xiàn)實(shí)。n 如何解決？如何解決？－－解決需大量連續(xù)內(nèi)存采用離散分配方式－－解決需大量連續(xù)內(nèi)存空間問題空間問題 (將頁表再次進(jìn)行分塊將頁表再次進(jìn)行分塊 )－－使只將當(dāng)前需要的部分頁表項調(diào)入內(nèi)存－－使頁表需占用的內(nèi)存減少頁表需占用的內(nèi)存減少齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬78n 將頁表進(jìn)行分頁，并離散地將各個頁面分別將頁表進(jìn)行分頁，并離散地將各個頁面分別存放在不同的物理塊中，同時為離散的頁表存放在不同的物理塊中，同時為離散的頁表再建立一張頁表，稱為再建立一張頁表，稱為 外層頁表外層頁表 ，其每個表，其每個表項記錄了頁表分頁的物理塊號項記錄了頁表分頁的物理塊號 。址。如何減少？間。需要陸續(xù)調(diào)入其它的。內(nèi)存，對于頁表分頁只需調(diào)入需要使用的。應(yīng)的頁表分頁是否已調(diào)入內(nèi)存。顯然無法接受。顯然無法接受。關(guān)系。存的利用率。要求。用戶通常將作業(yè)按邏輯關(guān)系劃分為若干段。量決定。為實(shí)現(xiàn)段的共享，希望存儲管理能與用戶。程序分段的組織方式相適應(yīng)。在需調(diào)用某些段時才將其程序段裝入內(nèi)存。裝入，需要以段作為存儲管理的單位。地址空間。因而各段長度不等。邏輯地址由段號和段內(nèi)地址組成。進(jìn)程的多個段被離散的放入內(nèi)存不同位置。 每個段在每個段在表中占有一個表項，記錄了該段在內(nèi)存中的表中占有一個表項，記錄了該段在內(nèi)存中的始址和段的長度始址和段的長度 。存區(qū)，實(shí)現(xiàn)從邏輯段到物理內(nèi)存區(qū)的映射。齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬94n 與分頁系統(tǒng)一樣，當(dāng)段表放在內(nèi)存中時，每與分頁系統(tǒng)一樣，當(dāng)段表放在內(nèi)存中時，每訪問一個數(shù)據(jù)，都須訪問兩次內(nèi)存。n 解決方法也類似，增設(shè)一個高速緩沖寄存器解決方法也類似，增設(shè)一個高速緩沖寄存器用于保存最近常用的段表項。齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬95n 分頁是出于系統(tǒng)管理的需要，分段是出于用戶應(yīng)用分頁是出于系統(tǒng)管理的需要，分段是出于用戶應(yīng)用的需要的需要– 一條指令或一個操作數(shù)可能會跨越兩個頁的分界處，而一條指令或一個操作數(shù)可能會跨越兩個頁的分界處，而不會跨越兩個段的分界處。n 頁大小是系統(tǒng)固定的，而段大小則通常不固定。n 邏輯地址表示：邏輯地址表示：– 分頁是一維地址空間，各個模塊在鏈接時組織成同一個分頁是一維地址空間，各個模塊在鏈接時組織成同一個地址空間；只利用一個標(biāo)記符即可表示一個地址。– 分段是二維地址空間，各個模塊在鏈接時可以每個段組分段是二維地址空間，各個模塊在鏈接時可以每個段組織成一個地址空間；標(biāo)識地址需給出段名和段內(nèi)地址。n 通常段比頁大，因而段表比頁表短，可以縮短查找通常段比頁大，因而段表比頁表短，可以縮短查找時間，提高訪問速度。齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬96 信息共享信息共享n 分段系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)段的共享，分段系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)段的共享，即允許若干個進(jìn)程共享一個或多個分段。216。（舉例對比）如分段系統(tǒng)來得方便。行修改。文本編輯程個用戶均可執(zhí)行文本編輯程序。如果個用戶。齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬98 信息共享信息共享n 分頁系統(tǒng)中：假定每個頁面大小為分頁系統(tǒng)中：假定每個頁面大小為 4KB，代，代碼需占用碼需占用 40個頁面，數(shù)據(jù)需占個頁面，數(shù)據(jù)需占 10頁面。 每個每個用戶進(jìn)程的頁表中均需建立相應(yīng)的頁表項用戶進(jìn)程的頁表中均需建立相應(yīng)的頁表項 。齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬101略過： 關(guān)于共享的進(jìn)一步說明n 頁式地址是一維的，即每個邏輯地址是一個頁式地址是一維的，即每個邏輯地址是一個整數(shù)，由硬件將其分成：整數(shù)，由硬件將其分成： 頁號頁號 |頁內(nèi)位移頁內(nèi)位移 ,故頁故頁號是唯一的，程序段的共享號是唯一的，程序段的共享 必須用相同頁號必須用相同頁號。如：call 2148— 〉〉 call 2|100n 段式地址是二維的，兩個數(shù)字。各進(jìn)程的段號未必一致，因此不同的進(jìn)程可用不同的段號未必一致，因此不同的進(jìn)程可用不同的段號共享同一段。如：call ac1|100 進(jìn)程進(jìn)程 1：： ac1=2；進(jìn)程；進(jìn)程 2：： ac1=4齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬102 段頁式存儲管理方式段頁式存儲管理方式n 分頁系統(tǒng)能有效地提高內(nèi)存利用率，而分段分頁系統(tǒng)能有效地提高內(nèi)存利用率，而分段系統(tǒng)則能很好地滿足用戶需要。n ？？n 段頁式系統(tǒng)段頁式系統(tǒng)齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬103n 將分段和分頁原理結(jié)合，將分段和分頁原理結(jié)合， 先將用戶程序分成先將用戶程序分成若干個段，再把每個段分成若干個頁若干個段，再把每個段分成若干個頁 ，并為，并為每一個段賦予一個段名。n 段頁式系統(tǒng)中，地址結(jié)構(gòu)由段號、段內(nèi)頁號段頁式系統(tǒng)中，地址結(jié)構(gòu)由段號、段內(nèi)頁號及頁內(nèi)地址三部分組成。頁齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬104利用段表和頁表實(shí)現(xiàn)地址映射利用段表和頁表實(shí)現(xiàn)地址映射每個作業(yè)一張段表，每段一張頁表。再將其與頁內(nèi)地址組合齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬105 d0和段號 s來求出該段所對應(yīng)的段表項在段表中的位置，從中得到該段的頁表始址 d1； d1和段內(nèi)頁號 P獲得對應(yīng)頁的頁表項位置，從中讀出該頁所在的物理塊號 P’； P’和頁內(nèi)地址 d來構(gòu)成物理地址。齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬107n 段頁式系統(tǒng)中，訪問數(shù)據(jù)需三次訪問內(nèi)存。第一次訪問內(nèi)存中的段表，取得頁表始址；第第一次訪問內(nèi)存中的段表，取得頁表始址；第二次訪問內(nèi)存的頁表，取得該頁的物理塊號，二次訪問內(nèi)存的頁表，取得該頁的物理塊號，并與頁內(nèi)地址一起組成實(shí)際的物理地址；第三并與頁內(nèi)地址一起組成實(shí)際的物理地址；第三次從物理地址中取出指令或數(shù)據(jù)。n 為了避免每次均需三次訪問，可在地址變換為了避免每次均需三次訪問，可在地址變換機(jī)構(gòu)中增設(shè)一個高速緩沖寄存器，將常用的機(jī)構(gòu)中增設(shè)一個高速緩沖寄存器，將常用的段表和頁表存儲在高速緩沖中。齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬108 基本分段存儲管理方式基本分段存儲管理方式 小結(jié)小結(jié)n 分段存儲管理方式的引入分段存儲管理方式的引入 方便用戶方便用戶n 分段系統(tǒng)的基本原理分段系統(tǒng)的基本原理187。 段表始址段表始址 +段號段號 段的基址段的基址 與與 段內(nèi)地址段內(nèi)地址 結(jié)合結(jié)合 物理地址物理地址n 信息共享信息共享187。 段表始址段表始址 +段號段號 頁表始址頁表始址 與與 頁號頁號 結(jié)合結(jié)合 頁面對應(yīng)的物頁面對應(yīng)的物理塊號理塊號 與與 頁內(nèi)地址頁內(nèi)地址 結(jié)合結(jié)合 物理地址物理地址齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬109 虛擬存儲器的基本概念虛擬存儲器的基本概念n 連續(xù)分配方式、基本分頁、基本分段存儲管連續(xù)分配方式、基本分頁、基本分段存儲管理方式均需將一個作業(yè)全部裝入內(nèi)存后方能理方式均需將一個作業(yè)全部裝入內(nèi)存后方能運(yùn)行，這將導(dǎo)致大作業(yè)無法運(yùn)行。n 解決方法：解決方法：– 物理上增加內(nèi)存容量物理上增加內(nèi)存容量 有一定限制有一定限制– 從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量 此即虛擬存儲器所要解此即虛擬存儲器所要解決的主要問題決的主要問題齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬110 虛擬存儲器的基本概念虛擬存儲器的基本概念n 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入n 虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)方法虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)方法n 虛擬存儲器的特征虛擬存儲器的特征齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬111 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入n – 一次性：作業(yè)運(yùn)行前需一次性全部裝入內(nèi)存一次性：作業(yè)運(yùn)行前需一次性全部裝入內(nèi)存187。 并非全部程序和數(shù)據(jù)都需用到，一次裝入，浪費(fèi)內(nèi)存并非全部程序和數(shù)據(jù)都需用到，一次裝入，浪費(fèi)內(nèi)存– 駐留性：一旦裝入便一直駐留內(nèi)存直至作業(yè)結(jié)束駐留性：一旦裝入便一直駐留內(nèi)存直至作業(yè)結(jié)束187。大多仍是順序執(zhí)行的。程序在一段時間內(nèi)都。局部于這些過程的范圍內(nèi)執(zhí)行。一段時間內(nèi)所訪問的地址可能集中空間局限性。（程序的順序執(zhí)行）于一定的范圍之內(nèi)。某條指令或數(shù)據(jù)可能被再次執(zhí)行或時間局限性。（循環(huán)操作）訪問。一次性全部裝入，也沒必要長期駐留內(nèi)存。段裝入內(nèi)存便可開始執(zhí)行。調(diào)入內(nèi)存。– 這樣，便可使一個大的程序在較小的空間中運(yùn)行這樣，便可使一個大的程序在較小的空間中運(yùn)行 。也可使內(nèi)存中同時裝入更多的進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。的一種存儲系統(tǒng)。實(shí)質(zhì)：以時間換空間，但時間犧牲不大。虛擬大小由內(nèi)存容量和外存容量之和決定。的。無需虛擬存儲。 只裝入部分頁面即可運(yùn)行，可通過調(diào)只裝入部分頁面即可運(yùn)行，可通過調(diào)頁和頁面置換功能，調(diào)入需要的頁面，同時將暫不頁和頁面置換功能，調(diào)入需要的頁面，同時將暫不需要的換出。n 以頁為單位置換以頁為單位置換n 需硬件：需硬件：– 請求分頁的頁表機(jī)制請求分頁的頁表機(jī)制 – 缺頁中斷機(jī)構(gòu)缺頁中斷機(jī)構(gòu)– 地址變換機(jī)構(gòu)地址變換機(jī)構(gòu)n 需軟件：需軟件：– 實(shí)現(xiàn)請求調(diào)頁的軟件實(shí)現(xiàn)請求調(diào)頁的軟件– 實(shí)現(xiàn)頁面置換的軟件實(shí)現(xiàn)頁面置換的軟件齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬118n 在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了 請求調(diào)段及分段置換請求調(diào)段及分段置換功能功能 。只裝入部分段即可運(yùn)行，可通過調(diào)段和段置換功能，調(diào)入需要的段，同時將暫不需要的調(diào)出。n 以段為單位置換以段為單位置換n 需硬件：需硬件：– 請求分段的段表結(jié)構(gòu)請求分段的段表結(jié)構(gòu)– 缺段中斷機(jī)構(gòu)缺段中斷機(jī)構(gòu)– 地址變換機(jī)構(gòu)地址變換機(jī)構(gòu)n 需軟件：請求調(diào)段和置換軟件需軟件：請求調(diào)段和置換軟件齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬119 虛擬存儲器的特征虛擬存儲器的特征n ：離散分配內(nèi)存離散性：離散分配內(nèi)存n ：多次裝入多次性：多次裝入n ：允許作業(yè)運(yùn)行中進(jìn)行換進(jìn)換出對換性：允許作業(yè)運(yùn)行中進(jìn)行換進(jìn)換出n ：從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存虛擬性：從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存n 虛擬性以多次性和對換性為基礎(chǔ)，而多次性和對換虛擬性以多次性和對換性為基礎(chǔ)，而多次性和對換性又必須建立在離散分配的基礎(chǔ)上。n 最本質(zhì)的特征是離散性最本質(zhì)的特征是離散性 ，在此基礎(chǔ)上又形成了多次，在此基礎(chǔ)上又形成了多次性和對換性，所表現(xiàn)出來的最重要的特征是性和對換性，所表現(xiàn)出來的最重要的特征是虛擬性虛擬性 . 齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬120 虛擬存儲器虛擬存儲器 小結(jié)小結(jié)n 虛擬存儲器的引入虛擬存儲器的引入– 大作業(yè)小內(nèi)存運(yùn)行大作業(yè)小內(nèi)存運(yùn)行 局部性原理局部性原理 – 具有請求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存具有請求調(diào)入功能和置換功能，能從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存n 虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)方法虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)方法– 分頁請求系統(tǒng)分頁請求系統(tǒng) 請求分段系統(tǒng)請求分段系統(tǒng)n 虛擬存儲器的特征虛擬存儲器的特征– 離散性離散性 多次性多次性 對換性對換性 虛擬性虛擬性齊魯工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 鹿文鵬121 請求分頁存儲管理方式請求分頁存儲管理方式n 建立在基本分頁基礎(chǔ)上，為了支持虛擬存儲建立在基本分頁基礎(chǔ)上，為了支持虛擬存儲器功能，而增加了請求調(diào)頁功能和頁面置換器功能，而增加了請求調(diào)頁功能和頁面置換功能。n 每次調(diào)入和換出的基本單位是固定長度的頁每次調(diào)入和換出的基本單位是固定長度的頁。供程序（數(shù)據(jù)）換進(jìn)換出時參考。將其調(diào)入。 在在 指令執(zhí)行期間指令執(zhí)行期間 產(chǎn)生和處理中斷。發(fā)現(xiàn)訪問的頁不在內(nèi)存即產(chǎn)生；通常是在等到指令執(zhí)行完畢后。187。（如圖一條指令在執(zhí)行期間，可能要產(chǎn)生多次中斷。如找到，修改其訪問位；對于頁。如未找到，則轉(zhuǎn)改位的值。– 2)利用頁表項中的物理塊號和頁內(nèi)地址，形成物理地址，利用頁表項中的物理塊號和頁內(nèi)地址，形成物理地址，結(jié)束。– 3)查找頁表，找到頁表項后，判斷其狀態(tài)位查找頁表，找到頁表項后，判斷其狀態(tài)位 P，查看該頁，查看該頁是否在內(nèi)存中。如果在，則將該頁寫入快表（若快表已滿，則應(yīng)該先調(diào)出某個或某些頁表項）。如果不在，則產(chǎn)生缺頁中斷，由缺頁中斷，由 OS從外存將該頁調(diào)入